Strategi Melumpuhkan Bakteri

Bakteri seperti punya sejuta pelindung. Dengan berubah menjadi spora, ia bisa bertahan dalam waktu lama. Bahkan selama jutaan tahun dalam lingkungan ekstrem. Hebatnya, bakteri itu tetap berbahaya bagi manusia.

Bakteri menjadi pengancam kehidupan manusia karena bisa menimbulkan keracunan makanan. Para ilmuwan sudah mengetahui soal itu. Cuma, mereka tetap kesulitan memahami cara bakteri beradaptasi dengan lingkungannya. Semua masih menjadi misteri sampai sekarang.

Namun selubung misteri itu mulai sedikit terkuak. Kabar baik itu datang dari studi baru oleh para ilmuwan di University of Southern California Viterbi School of Engineering, Amerika Serikat. Makalah ihwal bakteri ini dimuat dalam Applied Physics Letters.

Tiga serangkai, yakni Priya Vashishta, Rajiv K. Kalia, dan Aiichiro Nakano, mengidentifikasi mekanisme atau strategi yang digunakan spora bakteri dalam menghindari serangan suhu ekstrem, bahan kimia, dan radiasi menggunakan model berbasis komputer.

Selain itu, para insinyur teknik tersebut—menggunakan teknik matematika rumit—memeriksa spora pada tingkat molekuler. Hal yang paling penting, tim juga menentukan kondisi optimal untuk membunuh bakteri berbahaya.

Penemuan ini berawal ketika Vashishta, Kalia, dan Nakano mengadakan pertemuan dengan kolega mereka dari cabang ilmu berbeda. Selain ahli ilmu komputer di kampus mereka sendiri, ahli teknik kimia dan fisika dari kampus lain, USC Dornsife, didatangkan.

Fokus mereka memang pada spora bakteri. “Bayangkan spora bakteri seperti biji dengan lapisan keras yang melindungi mesin DNA,” kata Vashishta, pemimpin penelitian ini.

Lapisan keras ini bertindak sebagai pelindung bagi spora. Dalam keadaan beku dan kering, spora seperti hampir tak bernyawa. Namun mereka menunggu kondisi yang tepat untuk berkembang menjadi bakteri berbahaya.

Penelitian sebelumnya menunjukkan bahwa sterilisasi dalam keadaan panas dan basah dapat menghancurkan bakteri penyebab penyakit. Namun mekanisme spora terbunuh belum sepenuhnya terungkap.

Karena itu, mengoptimalkan teknik dan memastikan penghancuran spora bakteri dengan tingkat kepastian menjadi tantangan. Para peneliti pun menggunakan data kristalografi sinar-X untuk menghancurkan pertahanan bakteri.

Pertama-tama, mereka menentukan elemen kunci dari satu bakteri, yakni air, asam, dan ion kalsium. Kemudian, untuk melihat apa yang terjadi, mereka menggunakan superkomputer yang berfungsi menjalankan ratusan ribu simulasi serta mengendalikan persentase asam, air, dan kalsium.

Kampus USC dikenal memiliki perangkat superkomputer. Tiga tahun lalu, komputer mereka mampu mencapai patokan 531,6 teraflops atau 531,6 triliun per detik, yang menjadikannya duduk di peringkat kelima superkomputer akademis, atau yang tercepat di dunia.

Dari simulasi ini diketahui bahwa, dengan bergantung pada konsentrasi dan suhu air, air di dalam sel bakteri berperilaku seperti solid, gel, atau cair. “Model menunjukkan bahwa spora melakukan semacam trik sulap kimia untuk secara sengaja membekukan diri dan melumpuhkan air di sel mereka,” kata Nakano.

Menurut Nakano, sel beku tidak dapat terganggu oleh radiasi atau proses kimia serta melindungi DNA. “Jadi, spora dapat terus melakukan reproduksi.”

Menurut model peneliti, kombinasi panas dan kelembapan defrost menghilangkan bekuan es air di dalam sel dapat mengembalikannya ke bentuk cair. Tanpa penghalang pelindung ini, spora lebih mudah hancur.

Model komputer juga memungkinkan para periset menentukan suhu dan keseimbangan air tepat yang dibutuhkan untuk menghancurkan bakteri, yakni sekitar 90-95 derajat Celsius, dengan konsentrasi air di atas 30 persen. Saat itu, karena prosesnya bergantung pada panas lembap dari proses kimia, bakteri tidak mampu mengembangkan resistansi kemampuan untuk menahan aliran arus listrik.

Nah, ini wawasan baru yang dapat digunakan untuk mencegah kontaminasi mikroba pada peralatan pengolahan makanan dan membatasi penyebaran penyakit.

FIRMAN ATMAKUSUMA | SCIENCEDAILY | PHYS | LIVE SCIENCE